魅罗科技（MeloPEG）微针药物递送定制服务 微针透皮递药技术 药物释放微针 微针载药制备

摘要

微针（Microneedles, MN）作为一种新型的物理促透技术，能够在无创或微创条件下穿透皮肤角质层，为药物提供高效、安全的经皮递送途径。微针通常由多个微米级的针尖组成，针长约10–2000 μm，可定向穿过角质层形成微通道，将药物直接递送至表皮或上部真皮层，从而实现快速吸收与缓释。相较于传统透皮药物递送系统（Transdermal Drug Delivery System, TDDS），微针不仅能克服角质层屏障限制，还具有透皮吸收稳定、无明显疼痛、可自行操作等优点。

 

 

 

1 引言

透皮药物递送系统（Transdermal Drug Delivery System, TDDS）是一种通过皮肤给药进入体循环，从而实现局部或全身治疗的药物递送方式。该系统因其避免首过效应、无针注射、给药便捷、血药浓度平稳等优势，被广泛应用于临床。然而，皮肤角质层的致密结构严重限制了药物的渗透效率，只有相对分子质量低于500、具有适中油水分配系数的小分子药物能够有效透皮吸收。为突破角质层屏障，研究者发展了多种促渗方法，包括化学促渗剂、超声、电穿孔、激光等技术，但这些方法或存在刺激性强、精确性不足的问题。微针技术的出现，为经皮药物递送提供了新的思路。

 

2 微针与透皮给药系统

微针是一种由多根微米级针尖构成的阵列结构，针长约10–2000 μm、宽10–50 μm，可精准穿透角质层而不触及真皮层内的神经与血管。微针通过形成微通道，使药物无需跨越角质层即可进入皮下微循环，实现高效递送。药物可被装载于针体内部或基座中，利用组织液中的浓度梯度驱动扩散，完成药物的持续释放。

 

相较于传统TDDS（透皮药物递送系统），微针具有以下优势：

（1）透皮吸收速率稳定；

（2）针长可控，避免疼痛与出血；

（3）可自我操作，提高患者依从性；

（4）药物利用率高，活性保持良好。

因此，微针被视为下一代透皮药物递送的重要发展方向。

 

 

 

3 微针技术的发展历程

微针概念最早由AlanRichard   Wagner于1958年提出，但受限于微加工技术，当时并未实现。1976年，Gerstel与Place首次提出微针经皮给药的设想。直到1995年，随着微机电系统（MEMS）加工技术的兴起，Hasmhi等人利用蚀刻技术在硅晶片上成功制备出微针阵列。1998年，美国佐治亚理工大学Henry等人首次将微针应用于药物透皮递送研究，标志着微针技术正式进入药物递送领域。此后，微针经历了从硅基到金属、再到可降解聚合物与水凝胶等多代演变，实现了从实验室研究到产业化的跨越。

 

4 微针的类型与原理

目前，微针可根据结构特征、载药方式及给药机制分为八类：固体微针、涂层微针、中空微针、可溶性微针、水凝胶微针、冷冻微针、分离微针和异形微针。各类型微针在制备方法、材料选择及应用领域上具有显著差异。

 

4.1 固体微针（Solid Microneedles, SMN）

原理与特点： 通过机械穿刺皮肤建立微通道，随后移除微针，使药物通过通道渗透至皮肤。

主要作用： 作为物理促渗工具，显著提高药物透皮吸收量。

制备与材料： 由金属、硅或非降解聚合物制备，常用激光切割、机械刻蚀或化学刻蚀成型。

优缺点：

优点：机械性能强，制备成熟。

缺点：易断裂、药物剂量低、存在滞留风险。

主要应用： 目前多用于医美行业，促进皮肤渗透和局部药物吸收。

 

4.2 中空微针（Hollow Microneedles, HMN）

结构特点： 针体中空，药物通过腔道在压力差作用下进入皮肤。

优势： 可精准控制给药剂量，具备穿透角质层与灵活给药的双重优势。

局限性： 容易发生针尖堵塞或断裂，增加安全隐患。

应用进展： 可与传感或采样系统结合，实现集成化诊疗，如电化学传感、血液分析等。

 

4.3 涂层微针（Coated Microneedles, CMN）

结构与机理： 在固体针体表面包覆药物或生物活性物质，刺入皮肤后药物迅速释放。

材料： 通常采用不锈钢、硅或高分子聚合物作为针体。

优点： 起效快、操作简便，可实现精准、无创给药。

缺点： 载药量有限，涂层附着稳定性受环境影响。

应用方向： 疫苗递送、即时诊断及pH响应型治疗系统。

 

4.4 可溶性微针（Dissolving Microneedles, DMN）

定义： 由药物与可溶性聚合物共同成型，刺入皮肤后针体溶解释放药物。

材料： 常用PVP、PVA、透明质酸、右旋糖酐、PLGA等。

优点： 制备工艺简单、载药效率高、安全无创、避免交叉感染。

应用： 用于大分子药物、疫苗、活性植物成分等递送。

不足： 部分材料机械强度不足，易导致针体弯曲或断裂。

 

4.5 水凝胶微针（Hydrogel-forming Microneedles, HFM）

特点： 由可膨胀聚合物组成，刺入皮肤后吸收组织液膨胀形成传输通道。

优势： 可持续释放药物，抵抗皮肤孔隙闭合；载药量高，具缓释特性。

应用示例： 采用明胶甲基丙烯酰化物（GelMA）制备的水凝胶微针可实现吡非尼酮的持续释放，用于纤维化治疗。

 

4.6 冷冻微针（Cryomicroneedles, CMN）

原理与创新点： 通过低温冷冻成型制备，针体由冰或含冷冻保护剂的水相组成，可在其中负载活细胞或活性生物物质。

优势： 具备良好穿刺强度与冷链稳定性，能保持细胞活性，实现活细胞、细菌或类器官的经皮递送。

典型研究：

· Chang 等利用冷冻微针实现活细胞经皮传递，保持高存活率与增殖能力。

· Zheng 等制备的细胞冷冻微针成功在皮肤下重建成熟毛囊，实现类器官移植。

局限性： 对低温制备环境及储存条件要求高，临床转化仍受限制。

潜力： 在细胞治疗、组织修复及疫苗冷链递送方面具有重要前景。

 

4.7 分离微针（Separable Microneedles, SMN）

设计原理： 针体与基底间存在可分离结构，刺入皮肤后针体部分留于皮内持续释放药物。

优势： 兼具高机械强度与生物安全性，可避免针尖残留问题。

代表性研究：

· Li 等开发的快速分离微针可实现高效药物递送；

· Zhang 等设计了pH响应型核壳微针，可用于术后持续镇痛。

不足： 制备过程复杂，载药剂量和控释速率仍难精准调控。

 

3.8 异形微针（Special-shaped Microneedles, SMN）

概念： 指结构或功能设计突破传统锥形阵列的微针，如锯齿状、倒钩型、螺旋型、平板型等。

目的： 提升穿刺性能、延长滞留时间、实现个性化和智能化给药。

发展方向：

· 可结合多种剂型，形成联合治疗系统；

· 可集成响应性材料，实现pH、温度或光触发控释。

意义： 满足精准化、智能化及个体化治疗需求，是未来TDDS的重要发展方向。

 

 

 

 

5  微针的应用

近年来，国内外各大企业和研究团队积极研发微针给药装置，尤其在美容、癌症治疗和疫苗递送等领域取得重大进展。其中，来自 Valeritas 公司和 Crown Aesthetics 公司研发的微针装置，已被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration， FDA）批准为 II 类医疗器械，分别应用于胰岛素给药和美容领域。在疫苗给药领域，也有 Soluvia®， Micronjet®和 Macroflux®等产品成功获批。更令人振奋的是，用于治疗 1 型糖尿病的胰岛素输送微针和治疗丛集性头痛的佐米曲坦涂层钛微针已进入 II/ III 期临床。多个用于递送疫苗的微针贴片也进入 I 期或 I/II 期临床，目前开展的部分微针项目进展情况见下图。